用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法，属于电力电子技术的领域。在解决传统的有线电能传输方式因为导线的限制体现出的局限性的同时采用双E类逆变器结合新型的SiC器件实现了工作频率可以在1～7.8MHz的大功率逆变。利用DSP和CPLD组合的方式，设计了高频的脉冲和驱动控制器，实现了谐振频率的自动校准和跟踪，使无线电能传输在距离、效率、功率和控制等方面都具有很大的提高。

【技术实现步骤摘要】
用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法
本专利技术涉及电力电子
，尤其是涉及一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法。
技术介绍
无线电能传输的结构主要由逆变环节，发射线圈，接收线圈，整流环节组成。根据无线能量传输的基本原理，现阶段大致可以将无线电能传输分为三种，即：电磁波辐射式，电场耦合式，磁耦合式。其中磁耦合式无线电能传输又分为电磁感应式和磁耦合谐振式。传统的逆变方式有全桥逆变和半桥逆变方式等，这类逆变方式十分常见，技术也比较成熟。此外功率放大器也可以实现逆变功能，其中A类、B类、AB类、C类称为传统的功率放大器，D类、E类、F类称为开关功率放大器。通过逆变器将直流电转化为高频交流电，从而将原边的能量传输到副边，实现无线电能传输。由于磁耦合共振无线电能传输的谐振频率基本都在兆赫兹以上，半桥逆变和全桥逆变需要同时产生多路PWM波形，且各路波形还必须保证频率和相位的准确性以及死区的控制，同时因为这类逆变环节需要开关器件比较多，出现故障的几率也大大增加。A类放大器具有极佳的线性特性，但是其理论效率只有50％，实际一般不大于25％。B类放大器在没有信号输入时，放大器基本不消耗功率，其效率可以达到78.5％，但是放大器的信号振幅有一点是在非线性区域上。C类放大器导通角通常较小，最大效率达到100％，但是此时的功率为零,因此没有实际的意义。D类功放存在一定的拖尾重叠，会导致效率下降，因此D类开关比较适合工作在频率低于MHz的场合，比如数字音响等。E类放大器可以调节开关频率实现软开关，输出的电压是正弦半波。总而言之，各类放大器均有各自的优劣势，无法满足电能要求全面的磁耦合谐振式无线电能传输系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，设置于无线电能传输系统中，该系统包括电压源VDC，所述电压源VDC的正极分别与第一电感L1和第二电感L2的一端相连接，所述第一电感L1的另一端分别与第一开关管Vs1的漏极、第一电容C1的一端和谐振单元的一端相连接，所述第二电感L2的另一端分别与第二开关管Vs2的漏极、第二电容C2的一端和所述谐振单元的另一端相连接，所述第一开关管Vs1和所述第二开关管Vs2各自的源极、所述第一电容C1和所述第二电容C2各自的另一端均与所述电压源VDC的负极相连接。进一步地，所述的谐振单元包括彼此串联的谐振电感Lr和谐振电容Cr，负载电阻R连接于所述谐振电感Lr和谐振电容Cr之间，所述谐振单元通过所述谐振电感Lr和所述谐振电容Cr各自对应与所述第一开关管Vs1和所述第二开关管Vs2各自的漏极相连接。进一步地，所述的第一开关管Vs1采用MOSFET开关管。进一步地，所述的第二开关管Vs2采用MOSFET开关管。进一步地，所述第一开关管Vs1的具体开关类型为增强型N沟道MOSFET开关管。进一步地，所述第二开关管Vs2的具体开关类型为增强型N沟道MOSFET开关管。本专利技术还提供一种基于所述的一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统的高频逆变方法，该逆变方法具体包括：所述第一开关管Vs1和所述第二开关管Vs2分别以50％的占空比交替导通为所述谐振单元中的负载电阻R供电，所述第一电感L1和所述第二电感L2用以稳定输入电流并使得输出电流为正弦波，所述第一电容C1和所述第二电容C2与所述谐振单元共同实现软开关，该高频双E类逆变器系统结合相关器件能够使得所述无线电能传输系统在特定频率范围内进行功率逆变。进一步地，所述的相关器件为SiC器件。进一步地，所述的特定频率范围为1MHz～7.8MHz。本专利技术还提供一种用于所述的一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统的调频方法，该方法具体包括：采用高速电压比较器获得所述无线电能传输系统输出电压的过零点，并将该信号输入至CPLD做过零延时计算后再经过DSP运行闭环调整以保证在兆赫兹级别的频率输出下实现频率的无极调节，并能够跟踪过零点，实现所述高频双E类逆变器系统中的开关管的软开关和谐振频率的跟踪。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术主要是将双E类逆变器应用于磁耦合谐振式无线电能传输系统中，利用DSP和CPLD组合的方式，通过DSP做闭环控制调节，设计了高频的脉冲和驱动控制器，实现了谐振频率的自动校准和跟踪，解决了传统的有线电能传输方式因为导线的限制体现出的局限性，同时大大提高了无线电能传输的距离和效率，对未来建立永久性空间站式太阳能发电站，电动力无人机以及动态无线充电系统等提供了十分有意义的参考，具有非常大的应用价值。(2)本专利技术采用的是磁耦合谐振原理，结合双E类逆变器能够产生高频交流电和新型的SiC开关器件具有良好的通断性能等优点，利用DSP做闭环控制，从提高谐振频率和进一步增大传输功率的角度出发，设计出了一种传输距离更远，效率更高，安全性更好，辐射更小，更容易控制的无线电能传输系统。(3)本专利技术与传统无线电能传输中的逆变方式相比，不需要同时产生多路PWM波形，死区控制方便，需要的开关器件较少，且能够实现软开关的功能，因而具有更为安全灵活，控制方便等优势。同时本专利技术通过对双E逆变器的开关频率做闭环控制，利用DSP和CPLD组合的方式，设计了高频的脉冲和驱动控制器，实现了谐振频率的自动校准和跟踪，实现了可控的大功率逆变，使无线电能传输在距离、效率、功率等方面都具有很大的提高。将双E逆变器应用于磁耦合谐振式无线电能传输在距离、效率、功率等方面都具有很大的优势，是未来电能传输的发展趋势，也是当下研究的热点，其应用价值十分巨大，对未来实现电动汽车的无线充电，家用电能路由器方面都具有很大的潜在价值。附图说明图1为本专利技术磁耦合谐振式无线电能传输系统模型示意图；图2为本专利技术中的频率调整流程图；图3为本专利技术中的E类逆变器模型示意图；图4为本专利技术中的双E类逆变器模型示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本专利技术的专利技术目的如下：在现有技术上通过双E类逆变器结合新型的SiC器件使工作频率可以在1～7.8MHz进行大功率逆变，同时利用DSP和CPLD组合的方式，设计了高频的脉冲和驱动控制器，实现了谐振频率的自动校准和跟踪，以实现效率更高，安全性更好，辐射更小，能量控制容易的磁耦合谐振式无线电能传输系统。本专利技术的技术原理如下：磁耦合谐振式无线电能传输技术是近几年的研究热点，在未来的电能传输，电动汽车等领域具有非常大的应用价值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，设置于无线电能传输系统中，其特征在于，该系统包括电压源V

【技术特征摘要】
1.一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，设置于无线电能传输系统中，其特征在于，该系统包括电压源VDC，所述电压源VDC的正极分别与第一电感L1和第二电感L2的一端相连接，所述第一电感L1的另一端分别与第一开关管Vs1的漏极、第一电容C1的一端和谐振单元的一端相连接，所述第二电感L2的另一端分别与第二开关管Vs2的漏极、第二电容C2的一端和所述谐振单元的另一端相连接，所述第一开关管Vs1和所述第二开关管Vs2各自的源极、所述第一电容C1和所述第二电容C2各自的另一端均与所述电压源VDC的负极相连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，其特征在于，所述的谐振单元包括彼此串联的谐振电感Lr和谐振电容Cr，负载电阻R连接于所述谐振电感Lr和谐振电容Cr之间，所述谐振单元通过所述谐振电感Lr和所述谐振电容Cr各自对应与所述第一开关管Vs1和所述第二开关管Vs2各自的漏极相连接。


3.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，其特征在于，所述的第一开关管Vs1采用MOSFET开关管。


4.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，其特征在于，所述的第二开关管Vs2采用MOSFET开关管。


5.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，其特征在于，所述第一开关管Vs1的具体开关类型为增强型N沟道MOSFET开关管。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，张海燕，魏雪冰，欧术培，韩雅楠，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31